"作為化工材料可持續發展的一個重要方向,聚合物材料的生態化就是要從搖籃到墳墓,自始至終實現環境友好;從原料的生態化開始,經過聚合過程的生態化,一直到最終產品的生態化。"浙江大學工學部主任李伯耿教授就化工如何實現可持續發展表示。
李伯耿說,聚合物材料不僅性能和功能范圍廣,而且制造、加工與應用的能耗都相對較低,其對金屬和無機非金屬材料的替代不僅是過去100年材料工業的發展主流,而且仍然是未來化工材料的發展趨勢。但傳統的聚合物生產依賴于石油、煤等礦物質資源,先形成單體,再制成聚合物?傻V物質資源有其自身的局限性,比如,生長周期漫長,終有一天會枯竭,且其開采、加工直接或間接地影響環境,會產生二氧化碳、酸雨及溫室氣體。加之近年來油價不斷上漲,因此,應用生物質資源和二氧化碳等可再生資源的呼聲不斷高漲。
李伯耿說,將生物質制成聚合物單體,要求產品結構清晰、組成純凈。物理和化學方法一般能耗高、產率低,且過程污染較嚴重,因此往往作為生物轉化法的輔助手段。生物轉化的酶極為重要,隨著基因工程、細胞工程、酶工程技術的不斷發展,人類能夠制造出具有較高穩定性和容忍性的微生物,并從中提取出所需要的酶。
目前,已批量生成的二氧化碳基聚合物包括:二氧化碳/環氧丙烷共聚物、二氧化碳/環氧丙烷/環氧乙烷三元共聚物、二氧化碳/環氧丙烷/環氧環己烷三元共聚物。李伯耿指出,開發可活化二氧化碳反應的催化劑體系是關鍵。此外,抑制副反應和進一步提高性能也是有待解決的問題。
李伯耿說:“過程生態化的一個永恒的主題就是節能、環保,而相對其他化工過程,絕大多數聚合過程較為環保。”從綠色合成的基本原則和主要手段來考量,首先,聚合物生產過程基本都是管道化的;在溶劑的無害化方面,懸浮聚合、乳液聚合、水相沉淀聚合、液相本體聚合、氣相聚合技術等均已成熟,超臨界二氧化碳中的聚合反應正在發展中;在原料無害化方面,非光氣法合成聚氨酯、聚碳酸酯也都已經產業化。
在談到聚合過程的難點與重點時,他認為,聚合過程研究開發主要有兩個難點:首先是大多數聚合反應是強放熱,但聚合反應體系傳熱性能較差,往往制約了聚合過程效率;其次是聚合產物的分離與純化,聚合過程的能耗多來自于它。人們已經在傳熱過程的強化、非均相聚合方面取得了大量的成果。他表示,用同樣的原料制成高性能、高附加價值的產品,廣義地說,也是節約資源。目前,產品的高性能化已經成為聚合過程研究開發的重點。譬如,聚烯烴領域的相對分子質量雙峰分布技術、反應器內合金化技術、多區流化床反應器技術等。
產品的生態化是最后一個環節,較為典型的生態化聚合物產品包括生物可降解聚合物、粉末涂料、水性涂料、水性油墨等。李伯耿強調,生物可降解聚合物不等于生物基聚合物,因為生物基聚合物有一些是不可降解的。今后幾年,生物可降解聚合物的大發展還有賴于高性能化(共聚、結構調控)、低成本化以及政府的大力支持。